Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«ТОМСКИЙ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 

Факультет –  Теплоэнергетический

Специальность – котло- и реакторостроение

Кафедра – парогенераторостроения и парогенераторных установок 
 
 
 
 
 

Индивидуальное  задание по водоподготовке 

Пример  расчета комплексной схемы водоподготовки полного обессоливания и обескремнивания воды 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил                                                                                       Е.А.Емельянов

(Подпись)

студент гр.6461                                     

(Дата) 

Проверила                                                                         Л.Л.Любимова

(Подпись)

ассистент                                                    

(Дата)  
 
 
 
 
 
 

ТОМСК – 2009

       Содержание

                                                                                                                          С. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Исходные данные

 
       

1. Требуется рассчитать водоподготовительную установку, предназначенную для подготовки 200 м³/ч добавочной воды для питания паровых котлов высокого давления (100 атм. и выше) со ступенчатым испарением и промывкой пара, и 600 м³/ч подпиточной воды для теплосетей с открытой системой теплоснабжения.
2. В качестве исходной используется вода из артезианской скважины с показателями, представленными в таблице 1

 

       Показатели  качества исходной воды 

 
       

3. Так как  в качестве исходной используется вода из артезианской скважины, она может  сразу подвергаться химической очистке  по методу ионного обмена без предварительной  обработки коагуляцией – известкованием – фильтрованием через механические фильтры.

 
 

       - 
 

       Исходная  вода по классификации относится  к водам с повышенной щелочностью, следовательно, для ее обработки  на первом этапе может быть выбран метод водород – катионирования с «голодной» регенерацией фильтров, применяемый для обработки вод гидрокарбонатного класса, т.е. таких вод, у которых из числа главных анионов (Cl^-, SO₄^2- HCO₃^-) наибольшую концентрацию, выраженную в мг – экв/л, имеет ион HCO₃^- . Выделение большого количества углекислоты при водород – катионирования с «голодной» регенерацией фильтров требует промежуточного удаления углекислого газа в декарбонизаторах.

       Добавочная  питательная вода для котлов высоких  давлений, независимо от принятого  водно – химического режима, должна обессоливаться, а не умягчаться.

       Малое общее солесодержание насыщенного и перегретого пара, определяемое выносимыми солями натрия, и малое содержание в паре кремниевой кислоты требует не только обессоливания, но и обескремнивания добавочной питательной воды.

       Требуемое количество воды может быть обеспечено обработкой по схеме трехкратного Н – катионирования  и однократного анионирования воды через сильноосновный анионит с промежуточной декарбонизацией для котлов и обработкой по схеме Н– катионирования с «голодной» регенерацией фильтров с декарбонизацией – для тепловых сетей, рис.1

       

       Рис. 1. Схема полного обессоливания и обескремнивания воды:

       Н_г - водород – катионитовые фильтры с «голодной» регенерацией, Д_к – декарбонизаторы,  Н₁ - водород – катионитовые фильтры первой ступени; Н₂ - водород – катионитовые фильтры второй ступени; А₂– высокоосновные анионитные фильтры второй ступени; 1- исходная вода; 2- вода в деаэратор и теплосеть; 3- вода в деаэратор и котел.

       Столь высокое содержание кремнекислоты  в добавочной воде допускается только в данном конкретном случае из-за возврата на электростанцию большого количества доброкачественного конденсата, являющегося основной составляющей питательной воды, и применения устройств, для очистки пара. Таким образом, по схеме рис.1, может применяться для подготовки добавочной воды для питания котлов давлением 100 атм. Даже при восполнении больших безвозвратных потерь пара и конденсата.

         Показатели качества воды после отдельных стадий ее обработки

 
       

1. На головные Н – катионирования с «голодной» регенерацией  и декарбонизацией поступает вода со следующими показателями:

       Жо = Ca²⁺ + Mg²⁺= 3.493+1.2=4.693 мг – экв/л;   

       Що = HCO₃= 4.49 мг – экв/л; 

       Принимаем SO₄^2- = 0,363 мг – экв/л, и в дальнейшем учитываем это значение;

       SКат = Ca + Mg + Na = 3.493+1.2+0.395=5.088 мг – экв/л;

       SAн = Cl^- + SO₄^2- + HCO₃^- = 0.235+0.363+4.49 =5.088 мг – экв/л.

2. После обработки этой воды на Н – катионитных фильтрах с «голодной» регенерацией  и пропуска ее через головные декарбонизаторы вода имеет состав:

       Щост = Жк = 0,7 мг – экв/л; 

       Жн.к. = Жо – Жк = 4.693 – 4.49 = 0.203 мг – экв/л;

       Жо = Жн.к + Жк = 0.203 + 0.7= 0.903 мг – экв/л;

        SКат = Жо + Na = 0.903 + 0.395 = 1.298 мг – экв/л;

        SAн  = Cl^- + SO₄^2- + Щост = 0.235+0.363+0,7 = 5.088 мг – экв/л.

3. Эта вода поступает на Н – катионитовые фильтры первой ступени (Н₁) разрушают всю карбонатную жесткость (0,7 мг – экв/л;) с образованием эквивалентного количества угольной кислоты H₂CO₃ и удаляет некарбонатную жесткость (0.1 мг – экв/л;) с образованием сильных минеральных кислот (HCl + H₂SO₄). Часть кислотности фильтра в результате замены катионов жесткости на катионы водорода после Н₁ равна

       К₁ = HCl + H₂SO₄ = Жн.к. = 2.14 мг – экв/л.

       Н – катионитовые фильтры Н₁, кроме жесткости, задерживают часть катионов натрия в количестве Na=0,75 · Na = 0,75 · 0.3 =0,225 мг – экв/л. За счет замены катионов натрия на катионы водорода в эквивалентном количестве увеличивается и кислотность на величину

       К₂ = 0,225 мг – экв/л.

       Суммарная кислотность фильтрата после  водород – катионитовых фильтров Н₁ составляет К₃ = К₁ + К₂ = 2.14+0.225 =2.365 мг – экв/л. Все кислоты после Н₁ поступают на водород – катионитовые фильтры второй ступени (Н₂) и проходят их транзитом. Остаточная концентрация натрия после водород – катионитовых фильтров Н₁ составляет

       Na_ост = Na · 0.25=0.075 мг – экв/л.

4. На  водород – катионитовые фильтры второй ступени поступает вода с кислотностью

       К₃ = 2.365 мг–экв/л, остаточной концентрации катионов натрия в количестве 0.075 мг–экв/л и концентрацией угольной кислоты, равной HCO3 = 0.7 мг – экв/л. Предполагается, что катионы кальция и магния отсутствуют. На  водород – катионитовые фильтры второй ступени удаляются все остаточные катиона натрия, давая эквивалентное количество сильных минеральных кислот К₄=Na_ост=0.075 мг – экв/л. Угольная кислота в присутствии сильных минеральных кислот не диссоциирует и удаляется в декарбонизаторах, установленных перед сильноосновными анионитными фильтрами А₂, до остаточной концентрации, равной HCO_{3 ост} = 0.1 мг – экв/л.

5. На анионитные фильтры поступает вода, содержащая слабые кислоты в количестве HCO_{3 ост} = 0,1 мг – экв/л, HSiO₃ = 0.21 мг – экв/л и сильные кислоты в количестве 

       К =К₃ + К₄ = 2.365 + 0.075 = 2.44 мг – экв/л.

       Следовательно, анионитные фильтры должны задерживать  анионы сильных и слабых кислот в общей концентрации

       SAн = К + HCO₃^- + HSiO₃ = 2.44 + 0.1 + 0.795 = 3.335 мг – экв/л. 

       Расчет анионитных фильтров

 

       Расчет  схемы водоподготовки начинают с  оборудования, установленного в хвостовой  части схемы, т.е. в данном случае с фильтра А₂ с тем, чтобы учесть дополнительную нагрузку на предшествующие фильтры по обработке воды собственных нужд.

       Суммарное количество анионов, подлежащих удалению из H – катионированной воды в анионитных фильтрах, равно:

       SAн = SO₄ + Cl^- +HCO₃^- + HSiO₃ = 1.94+0.3244+0.1+0.795=3.1594 мг – экв/л.

       Фильтры А2 загружаются зернами сильноосновного  анионита АВ – 17. Принимаю расход едкого натрия на регенерацию 81 кг/м³. Находим по рис.13а удельный расход NaOH, равный q_NaOH = 110 г/г-экв., при отношении SiO₃/ SAн = 0.795/3.1594=0.25163. Здесь SiO₃ – содержание кремнекислоты, мг – экв/л, SAн – сумма всех анионов, присутствующих в фильтруемой воде. По рис. 13б определяется кремнеемкость анионита, составляющая Е_р^а,

       Е_р^а =180 г – экв./ м³.

       Необходимое количество анионита оценивается по формуле:

       

       С целью снижения анионитов сильных  кислот устанавливаем А_I , тогда сумма сильных кислот (SO₄ + Cl^- +NO₃^-)=1мг – экв/л, тогда на А_II приходится SAн = 1 +HCO₃^- + SiO₃ = 1+0.1+0.795=1,895 мг – экв/л. Тогда отношение SiO₃/ SAн = 0.795/1,895=0.42 и количество анионита оценивается по формуле:

       

       Учитывая  максимально допустимую высоту слоя загрузки анионита в фильтрах второй ступени Н_слоя = 1,5 м, находим необходимую суммарную площадь фильтрования работающих анионитных фильтров: